గురుత్వాకర్షణలో దూకుడును తోసిపుచ్చిన చిన్న నక్షత్రాలు

విశ్వం విస్తరిస్తోంది, దాని ప్రస్తుత విస్తరణ రేటును హబుల్ స్థిరాంకం అనే సంఖ్యతో కొలుస్తారు. చిక్కేమిటంటే రెండు కొలతల కుటుంబాలు వేర్వేరు జవాబులు ఇస్తాయి. సమీపంలోని నక్షత్రాలు, సూపర్‌నోవాలపై ఆధారపడిన కొలతలు — “దూరపు నిచ్చెన” — విశ్వంలో అత్యంత పురాతన కాంతి అయిన విశ్వ సూక్ష్మతరంగ నేపథ్య వికిరణం నుంచి అంచనా వేసిన విలువతో, డేటాను బట్టి సుమారు 5 సిగ్మా స్థాయిలో, విభేదిస్తాయి. సూక్ష్మతరంగ నేపథ్యం తక్కువ విలువను ఇస్తుంది. ఇదే హబుల్ ఉద్రిక్తత (Hubble tension), విశ్వోద్భవ శాస్త్రంలో అత్యంత అత్యవసరమైన సమస్యలలో ఒకటి.

కొన్ని వివరణలు దాగి ఉన్న దోషాలను నిందిస్తాయి. మరికొన్ని కొత్త భౌతిక శాస్త్రాన్ని కోరుతాయి. అత్యంత సాహసోపేతమైన ప్రతిపాదనలలో ఒకటి “G-మెట్టు” నమూనా (G-step): గురుత్వాకర్షణ బలాన్ని నిర్ణయించే న్యూటన్ గురుత్వ స్థిరాంకం G, ఇటీవలి విశ్వ గతంలో ఆకస్మికంగా మారి ఉంటుంది.

7.3 నుంచి 13 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం ఆకస్మిక మార్పు

ఆలోచన ఏమిటంటే, విశ్వ కొలబద్దలుగా ఉపయోగపడే సూపర్‌నోవాలు G మీద ఆధారపడిన ప్రకాశంతో వెలుగుతాయి. ఒక నిర్దిష్ట తేదీకి ముందు G వేరుగా ఉంటే, దూరపు సూపర్‌నోవాలు (మార్పుకు ముందు ఉన్నట్లుగా కనిపించేవి), సమీపంలోనివి (మార్పు తర్వాతవి) ఒకే కొలబద్ద కావు, విస్తరణ రేటును తప్పుగా అంచనా వేస్తాం. ఇక్కడ రెండు రూపాలను పరీక్షించారు:

• అసలు నమూనా: 13 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం దూకుడుకు ముందు గురుత్వాకర్షణ 11 శాతం బలంగా ఉంది;
• విస్తరించిన నమూనా: 7.3 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం దూకుడుకు ముందు 4 శాతం బలంగా ఉంది.

దీర్ఘ జ్ఞాపకశక్తి గల నక్షత్రాలు

హవాయి విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన జెరెమీ సాక్‌స్టైన్ (Jeremy Sakstein), పోర్ట్స్‌మౌత్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన హ్యారీ డెస్మండ్ (Harry Desmond) ఊహించని ఒక సాక్షిని కనుగొన్నారు: ఎర్ర మరుగుజ్జులు, సూర్యుని ద్రవ్యరాశిలో దాదాపు మూడింట ఒక వంతు కంటే తక్కువ ఉండే అతి చిన్న నక్షత్రాలు. ఈ నక్షత్రాలు కేంద్రం నుంచి ఉపరితలం వరకు కలియబెట్టబడి ఉంటాయి, ఏ అలజడికైనా చాలా మందకొడిగా స్పందిస్తాయి. పరిమాణంలో మార్పు తర్వాత అవి మళ్లీ స్థిరపడటానికి పట్టే సమయం సుమారు 10 కోట్ల సంవత్సరాలు — ఊహించిన దూకుడు నుంచి గడిచిన కాలానికి దాదాపు సమానం.

పర్యవసానం, ముందు కాగితం కలంతో, తర్వాత నక్షత్ర పరిణామ ప్రోగ్రామ్‌తో లెక్కించినది: బలమైన గురుత్వాకర్షణ కింద జీవించి, ఆ తర్వాత G ఈనాటి విలువకు పడిపోవడం చూసిన ఎర్ర మరుగుజ్జు, వేగంగా ఉబ్బుతుంది, ఆ తర్వాత చాలా నెమ్మదిగా మాత్రమే మళ్లీ కుంచించుకుపోతుంది. ఈ రోజు, అది దాని ద్రవ్యరాశికి ఇంకా కాస్త ఎక్కువ పెద్దదిగానే ఉంటుంది.

త్రాసులో ఎనిమిది నక్షత్రాలు

దీన్ని తనిఖీ చేయడానికి, ఆ ఇద్దరు భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు గ్రహణ ద్వంద్వ నక్షత్రాల (eclipsing binaries)లోని ఎనిమిది ఎర్ర మరుగుజ్జులను ఉపయోగించారు — భూమి నుంచి చూసినప్పుడు ఒకదాని ముందు నుంచి మరొకటి వెళ్లే నక్షత్ర జంటలు, ఏ నక్షత్రానికైనా తెలిసిన అత్యంత కచ్చితమైన ద్రవ్యరాశులు, వ్యాసార్ధాలలో కొన్నింటిని ఇవి ఇస్తాయి. వారు 0.1 నుంచి 0.31 సౌర ద్రవ్యరాశుల నక్షత్రాలను, పోటు ప్రభావాలను పరిమితం చేసేంత దూరంగా ఉన్న జంటల నుంచి ఎంచుకున్నారు.

ఒక చిక్కు: నక్షత్ర మచ్చలు (starspots) కూడా నక్షత్రాన్ని ఉబ్బిస్తాయి. రచయితలు ప్రతి నక్షత్రంపై మచ్చల విస్తీర్ణాన్ని సున్నా నుంచి పూర్తి వరకు స్వేచ్ఛగా మారనిచ్చారు, వీలైతే మచ్చలు ఏ ఉబ్బునైనా తమలో ఇముడ్చుకునేలా.

దూకుడు జాడే లేదు

రెండు తేదీలకూ, అత్యుత్తమ సరిపోలిక ఎప్పుడూ మారని గురుత్వాకర్షణ. ప్రతిపాదించిన రెండు దూకుళ్లూ తోసిపుచ్చబడ్డాయి:

• 4 శాతం, 7.3 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం: సుమారు 3.1 సిగ్మా వద్ద తోసిపుచ్చబడింది;
• 11 శాతం, 13 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం: సుమారు 4.0 సిగ్మా వద్ద తోసిపుచ్చబడింది.

నక్షత్ర మచ్చలు ఈ నమూనాను కాపాడలేవు: ఈ దూకుళ్లకు, ఎనిమిదిలో నాలుగు నక్షత్రాలకు ఇప్పటికే సున్నా మచ్చలు అవసరం, ఒక నక్షత్రానికి సున్నా కంటే తక్కువ మచ్చలు ఉండటం అసాధ్యం.

బరువైన సాక్షి

ఫలితం ఎంత పెళుసుగా ఉందో రచయితలు పరీక్షించారు. నక్షత్ర నమూనాలు వ్యాసార్ధాలను క్రమబద్ధంగా 1 శాతం ఎక్కువగా అంచనా వేస్తే, తిరస్కరణ బలహీనపడుతుంది కానీ నిలిచే ఉంటుంది. J2343+29 అనే ఒకే నక్షత్రం బరువులో చాలా భాగాన్ని మోస్తోంది అని కూడా వారు ఎత్తి చూపారు: అది లేకుండా, తిరస్కరణలు 2.45, 1.90 సిగ్మాకు పడిపోతాయి — అయినా గురుత్వాకర్షణలో ఏ మార్పుకూ మొగ్గు లేదు.

ఈ అధ్యయనం హబుల్ ఉద్రిక్తతను పరిష్కరించదు. అది పరిధిని కుదిస్తుంది: గురుత్వాకర్షణలో ఇటీవలి దూకుడుకు సంబంధించిన ఈ రెండు రూపాలు ఇప్పుడు మన సొంత పాలపుంతలోని నక్షత్రాలతో విభేదిస్తున్నాయి.